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（荊門市磊鑫石膏制品有限公司 湖北荊門 448000）
摘 要：本文主要對硫酸鈣（石膏）、ABS樹脂和光敏樹脂這三種常見的3D打印材料的優劣勢進行了對比分析，也單獨例舉了硫酸鈣（石膏）在3D打印材料中的應用現狀。由于硫酸鈣（石膏）有性價比高、安全環保、無毒無害等諸多優勢，專家推薦3D打印技術還不是非常成熟的時期盡量選擇石膏作為3D打印材料。
關鍵詞：硫酸鈣；石膏；材料；3D打印
1 3D打印機
也許我們提到“3D打印”覺得是個新鮮事，但事實上它已經有將近20年的發展歷史了。目前在汽車制造行業應用3D打印日益廣泛，同時建筑、醫療、文化創意及文物修復等行業也已經開始引入3D打印這一新技術。
恩里科·迪尼[1]（Enrico Dini）發明設計的一種神奇的打印機，它不僅可以“打印”出一幢完整的建筑，甚至可以在航天飛船中給宇航員打印任何所需物品的形狀，這就是3D打印機（3D Printers）。普通打印機和3D打印機最大的差別就在于耗材不同，墨水和紙張是普通打印機的耗材，而3D打印機主要是由石膏粉末、樹脂或工程塑料組成的，常用材料還有金屬粉、陶瓷粉、尼龍玻纖、耐用性尼龍材料、鋁材料、鈦合金、不銹鋼、鍍銀、鍍金、橡膠類材料等，這些成型材料都是經過特殊處理的，但是不同技術與材料各自的成型速度和模型強度以及分辨率、模型可測試性、細節精度都有很大區別，用戶需按實際用途來選擇。
2石膏簡介
石膏的化學本質是硫酸鈣，通常所說的石膏是指生石膏，化學本質是二水硫酸鈣(CaSO4·2H2O)。當其再干燥條件下128℃是會失去部分結晶水變為β-半水石膏，其化學本質是β-半水硫酸鈣(β-CaSO4·1/2H2O)，如果其在飽和蒸汽壓在時會失去部分結晶水變為α-半水石膏，其化學本質是α-半水硫酸鈣(α-CaSO4·1/2H2O)，這兩個半水石膏化學式相同，結構不同。它們繼續脫去結晶水形成無水石膏，化學本質是無水硫酸鈣(CaSO4)。
二水硫酸鈣和無水硫酸鈣用途比較廣泛，在食品、農業、化工、涂料等多方面都用應用。半水硫酸鈣具有較好凝膠性質遇水可固結形成一定強度的材料，其中β-半水硫酸鈣多用于建筑行業，α-半水硫酸鈣多用于模具制造等。
3石膏材料在3D打印材料中的優勢
據統計，目前已經研究出可以使用在3D打印機上的材料約有14種，主要有ABS塑料、PC工程塑料，以及金屬粉末、木材、蠟、石膏粉等，在此基礎上又可混搭出107種，其中使用粉末微粒作為打印介質(最常用的是石膏粉)的3D打印機，打印的模型更精細一點。這些材料多為粉末或者黏稠的液體，從價格上來看，一公斤從幾百元到幾萬元不等，而半水石膏粉市場價在幾元一公斤，就價格而言優勢明顯。[2]
按照打印材料分，常見3D打印機可以分為硫酸鈣（石膏）材料打印機、ABS材料打印機、光敏樹脂材料打印機等，不同的材料在3D打印時有著不同的特點。
3.1硫酸鈣（石膏）材料的特點
……
3.2 ABS材料的特點
（1）由熱塑性塑料組成；
（2）模型細節表現中等；
（3）強度高；
（4）打印時有一定氣味；
（5）熔點約為170攝氏度；
（6）模型表面：相對粗糙；
（7）適合于產品的功能驗證（Functional model）；
（8）打印成型技術：融融沉積技術（Fused Deposition Modeling-FDM）。
3.3光敏樹脂材料特點
（1）由液態光聚合劑組成；
（2）價格相對高；
（3）模型細節表現能力強；
（4）模型表面：光滑；
（5）顏色：材料本身灰白色；
（6）典型應用：小的、細節模型或雕像。
4石膏在3D打印材料中的應用
4.1專家建議打印選擇石膏材料
在許多人的眼中，3D打印技術就是一個點石成金的魔法，在理論上“無孔不入”的打印技術，近年來在全球持續升溫、熱潮頻襲，3D打印技術也在不斷推陳出新。
有報道稱，如果用丙烯腈丁二烯苯乙烯（ABS）等樹脂、塑料為材料進行3D打印的話，會排放大量直徑通常不超過100納米的超細粒子。如果人吸入這些粒子后，這些粒子可能就會沉積在肺部或直接被血液吸收，從而導致包括心肺死亡、中風和哮喘等疾病。[3]
目前3D打印機常用的材料有石膏、無機粉料、光敏樹脂、塑料等。其中塑料、樹脂等大多難以降解，打印材料本身就具有潛在的危害及毒性，一旦大規模運用恐怕會給人體帶來致癌等危險。所以，在選擇3D打印材料上，需要考慮其是否安全無毒、是否環保、是否具有可持續性。[4]
還有專家建議，在3D打印技術還不是非常成熟的時期，盡量選擇石膏作為3D打印材料，石膏在現有的3D打印材料中是最安全和環保的。
4.2石膏骨折病患福音
骨折事件本身并不是最悲慘的，最糟糕的是骨折后將要采取的治療。骨折后一般會在骨折部位打石膏，人們的行動會十分不便。這種保護架可針對每個病人進行個性化設計，并可依據受傷的嚴重程度設計。此外，這種框架僅僅會保護受傷部位，其他部位則不需要被固定。
畢業于新西蘭維多利亞大學的學生利用三維打印機創建出一種新型石膏，這種石膏重量較輕，且可進行彎曲。這種保護架可針對每個病人進行個性化設計，并可依據受傷的嚴重程度設計。此外，這種框架僅僅會保護受傷部位，其他部位則不需要被固定。這種新型石膏的優點在于其輕便耐用的設計，且可以清洗，有助于皮膚“呼吸”。
4.3快速成型石膏人偶
克隆就是復制、拷貝和翻倍一個物品。武漢光谷商家引進3D色彩人像攝影新技術系統已經開始投入運行，該技術采用專業掃描儀，對人體進行快速立體掃描，在電腦上存儲數據，運用高強度復合石膏粉，經過3D打印機很快就可以“打”出15至30厘米不等的“人偶”。[5]
4.4骨骼打印
張永莉一文中提到的高純度半水硫酸鈣，具有良好的生物相容性、生物可吸收性、骨傳導性、快速吸收特性、易加工性和高機械性能等優點，憑借這些優勢，最早應用在整形外科或齒科材料中。眾多研究結果均表明，硫酸鈣基材料可以用作骨修復材料，也是最早應用于組織修復的材料。[6]
3D打印衣服、鞋子、漢堡等已不是新鮮事了，據國外媒體報道，美國的一名患者成功接受一例具有開創性的手術，用3D打印頭骨替代75%的自身頭骨。[7]不僅如此，我們還希望利用3D打印為更多的患者修復其他部位的缺失或者受損的骨骼。當然，在選擇打印材料的同時，我們推薦選用純天然、安全環保、無毒無害的硫酸鈣（石膏）。
5展 望
上世紀80年代，那時候打印機又吵又糙，還只能打單色，小小的指針搭在黑色的墨帶上，比一臺自動電子打字機強不了多少。但是今天，也就是一代之后，全彩、便宜又安靜的噴墨打印機已經遍地都是了，打出來的分辨率同專業機構差不了多少。所以，放眼20年以后，也許那個時候，3D打印機能打出比如今最好玩具廠家生產出來的更好玩具，甚至可以直接將電子線路打印到物體上去，加上電池就能直接使用了。
3D打印機為了適合不同行業的需求，提供“輕盈小巧”和“大尺寸”的多樣化選擇。已有多款小巧的3D打印機，并在不斷挑戰“輕盈小巧”極限，為未來進入家庭奠定基礎。而打印材料的發展也尤為重要，3D打印全靠有“米”下鍋，石膏作為性價比高的打印材料，取材廣泛，價廉宜得，毒副作用極小，隨著人們研究的深入，石膏在3D打印方面的應用將有更廣闊的發展前景。
（文中省略部分內容，更多技術支持詳細資料請聯系我公司，謝謝！）
參考文獻
[1] 本刊編輯部.3D打印機[J].小天使(四年級語數英綜合),2013,(第11期).
[2] 3D打印全靠有米下鍋[J].科學24小時,2013,(第7期).
[3] 張皎潔.武漢3D打印多用石膏[N].楚天金報，20130730，第23版(中國高科)
[4] 華凌.先別急著把3D打印機搬回家[N].科技日報,2013-07-30(02)
[5] 石一. 3D打印克隆自己[N].武漢晨報,2013-05-06(7)
[6] 張永莉,霍書娟,高建平,李秀蘭,張揚.明膠/硫酸鈣復合生物材料[J].高分子材料科學與工程,2006,(第1期).
[7] 陳潔.3D打印一個時代的開啟[J].高科技與產業化,2013,(第4期).
版權聲明：
此文章已成功發表在《硅谷》雜志2014年6月刊，未以書面同意不得轉載，違者必究！
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